JPH02153613A - 弾性表面波共振子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はグレーティング反射器を有する弾性表面波共振
子の製造方法に関する。

近年１発振器やフィルタ等に使用するための弾性表面波
共振子の開発が盛んに行われている。弾性表面波共振子
の基本構成は例えば特開昭５１−２４４号に記載されて
いるように既に知られている。すなわち圧電性基板上に
弾性表面波を励振するためのインターディジタル電極を
形成するとともに、その両側にストリップ幅λ／４（λ
：弾性表面波波長）の複数本の金属ストリップをλ／２
ピッチで周期的に配列してなるグレーティング反射器を
形成して構成される。インターディジタル電極で励振さ
れた弾性表面波は圧電性基板上を伝搬するが１両側に設
けられたグレーティング反射器により中央方向に反射さ
れる。この反射量はストリップ１本当りではわずかであ
るが、複数本のストリップにより反射がそれぞれ１／２
波長の周期長であるため、これらの反射は相加されるこ
とになり。

合成された反射量はほぼ１に近いものになる。このとき
圧電性基板上には弾性表面波の強い定在波が立つことに
なる。この現象は丁度水晶振動子の共振に相応する。こ
のようにしてグレーティング反射器の位置を適当に設定
することにより、水晶振動子と同様の共振子が弾性表面
波のモードで実現することができる。

ところで、このような弾性表面波共振子においてグレー
ティング反射器の金属ストリップは加工性が良い等の利
点からアルミニウムが用いられるのが普通であるが、こ
のようなアルミニウム膜でグレーティング反射器を構成
し動作させたところ、時間とともに共振周波数が大幅に
低下し、それと同時に共振抵抗が上昇し、Ｑが低下する
という現象が認められた。またこのとき電子顕微鏡でグ
レーティング反射器を観測したところ（倍率２０００倍
）使用前においては第１図（ａ）の顕微鏡写真でわかる
ように何ら破損されていないアルミニウム膜が長時間使
用後においては第１図（ｂ）の顕微鏡写真で明らかのよ
ゲに中央部が破損し、ひび割れた状態になっており、こ
れが上記共振周波数およびＱの低下をもたらしているこ
とがわかった。

このような現象は従来観測された報告はないが、種々検
討したところ１次のような弾性表面波共振子特有の現象
によるものであることが明らかとなった。すなわち弾性
表面波共振子では前述のように圧電性基板上に弾性表面
波の大きな定在波が立つ。このためグレーティング反射
器のアルミニウム膜にこの弾性表面波エネルギーによる
応力が加わる。しかもこの応力は弾性表面波の周波数に
対応した極めて繰り返しの激しい応力である。そこでこ
の定在波とアルミニウム膜の劣化部分の関係を調べたと
ころ第２図のような関係があることがわかった。すなわ
ち第２図（ａ）の斜視部２１がアルミニウム膜の劣化部
分であってインターディジタル電極部分２２とグレーテ
ィング反射器２３の周辺部を除いた図中斜線部分２４に
劣化が見られた。またこれを第２図（ｂ）の定在波の応
力と対応させてみるとインターディジタル電極２２の中
央部及び反射ストリップの外側端部２５が応力の節、反
射ストリップの内側端部２６が応力の腹に対応しており
、定在波応力の腹の部分即ち応力の大きい部分に対応し
た部分が劣化している事がわかった。このことから前述
のアルミニウム膜の劣化の原因は定在波応力によるもの
であることが確められた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、長時間
の使用においてもグレーティング反射器の金属ストリッ
プの劣化がなく共振周波数が低下しない安定な弾性表面
波共振子の製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

また、本発明の他の目的はＱが大きく、また長時間の使
用においてＱが低下しない弾性表面波共振子の製造方法
を提供することにある。

本発明は弾性表面波共振子の共振周波数の低下およびＱ
の低下が応力によるグレーティング反射器の劣化に起因
することから、グレーティング反射器の金属ストリップ
材料について検討し、その結果に基いてなされたもので
、上記金属ストリップを銅を不純物として含有したアル
ミニウムで形成するようにしたものである。換言するな
らば。

本発明の基本構成は１反射器を構成する金属ストリップ
が、銅を不純物として含有したアルミニウムをターゲッ
トとし、スパッタ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、
その後エツチング等により、このアルミニウム膜から形
成したものである。この際、インターディジタル電極も
反射器と同一材料で同一工程で形成しても良い。しかし
てこのような金属材料にてグレーティング反射器を形成
した本発明の弾性表面波共振子の製造方法によると、長
時間の使用においても、共振周波数の低下およびＱの低
下のない安定な特性を得ることができる。

以下本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第３図は本発明の一実施例による弾性表面波共振子の製
造方法により作成された弾性表面波共振子を示すもので
ある。この弾性表面波共振子は例えばタンタル酸リチウ
ム（ＬｉＴａＯｉ）ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ○、）
などの圧電性基板３１上に入力電気信号を上記圧電性基
板３１上を伝搬する弾性表面波に変換するためのトラン
スジューサ、例えば一対の櫛歯状電極３２ａ、　３２ｂ
を互いにかみ合わせてなるインターディジタル電極３２
が形成されている。このインターディジタル電極３２は
入力端子ＩＮに供給される入力電気信号を圧電性基板３
１の表面を伝搬する弾性表面波に変換する。またこのイ
ンターディジタル電極３２の両側の圧電性基板３１上に
はそれぞれ前記インターディジタル電極２で励振された
弾性表面波を反射するためのグレーティング反射器３３
．３４が形成されている。このグレーティング反射器３
３．３４はストリップ幅λ／４の多数の金属ストリップ
をλ／２ピッチの周期で配列したもので、各金属ストリ
ップで反射した反射波がすべて同相で相加されるように
なっている。

またこれら金属ストリップは端部が互いに電気的に短絡
されている。

このような構成の弾性表面波共振子において。

本発明では前記グレーティング反射器３２の金属ストリ
ップは銅を不純物として含有したアルミニウムで形成さ
れている。銅の含有量は特に制限はないが、純粋なアル
ミニウムといえども０．０１％程度銅やシリコンが含ま
れていることを考えるとそれ以上であり、　また５０％
以上になるとこれらはもはや不純物とは言えなくなる。

実用上は全体のｌθ％以下程度の共振子の性能上並びに
加工上望ましいものと思われる。

このようにして銅を不純物として含有したアルミニウム
で構成したグレーティング反射器を有する本発明の弾性
表面波共振子の製造方法によると次のような顕著な効果
が認められた。

第４図は上記本発明の弾性表面波共振子の製造方法によ
る弾性表面波共振子を下記のような条件で設計し、温度
が６５℃の雰囲気中で　２ｍＷの励振電力で動作させた
ときの、時間経過に対する共振子の共振周波数変化率を
示したものである。すなわち弾性表面波共振子の設計条
件は圧電性基板としてＸカットＬ　ｉ　Ｔ　ａ○３を用
い、弾性表面波の伝搬方向をＹ軸より　１１２°傾いた
方向に設定した。

インターディジタル電極２は１１対の電極指から構成し
、またグレーティング反射器３３．３４はそれぞれ２０
０本のストリップから構成した。またインターディジタ
ル電極３２およびグレーティング反射器３３、３４のス
トリップ線幅はいずれも９．０μｓとし、同様にストリ
ップ相互の間隔も９．０μｓとした。さらにインターデ
ィジタル電極２とグレーティング反射器３３．３４の端
部間隔は２２．５μｓとし、　またこれらの開口長はそ
れぞれ０．７ｍｎとした。グレーティング反射器３３．
３４はアルミニウムに銅を４％混入したアルミニウムを
ターゲットとし、スパッタ蒸着によりアルミニウム膜を
厚さ１．３μｓでＬ　ｉ　Ｔ　ａ　０３基板上に蒸着し
製作した。また本発明の弾性表面波共振子と比較するた
めにグレーティング反射器３３．３４を純粋なアルミニ
ウム膜で形成したものを同様に製作した。

第４図において曲線４１はグレーティング反射器を上記
純粋なアルミニウム膜で形成した場合の共振子の特性を
示し、また曲線４２はグレーティング反射器をアルミニ
ウムに銅を４％混入した上記本発明の共振子の特性を示
している。この図から明らかのようにグレーティング反
射器を純粋なアルミニウム膜で形成したものは時間とと
もに大幅に共振周波数の低下が認められるのに対し、本
発明の弾性表面波共振子の製造方法により製造した弾性
表面波共振子によると、共振周波数の低下が大幅に減少
されていることがわかる。すなわち１０００時間経過後
では純粋なアルミニウムを使用した場合共振周波数の変
化率は−０，０４５％であるのに対し、不純物として銅
を混入した本発明では−０，０１７％であり、共振周波
数の低下は約１／３に抑えることができる。なお、アル
ミニウムに銅を混入した上記本発明の弾性表面波共振子
の製造方法により製造した弾性表面波共振子においても
上記のように共振周波数の若干の低下が見られたが、そ
の原因が弾性表面波の定在波応力による反射器ストリッ
プの劣化によるものであるかどうか検討するために純粋
なアルミニウムと銅を混入したアルミニウムとの２種の
共振子を非動作状態で放置し、各時間経過後における共
振周波数の変化をとったところ、いずれも第４図の曲線
４２とほぼ等しい特性が得られた。

このことから本発明の共振子における上記共振周波数の
低下は定在波応力によるグレーティング反射器の劣化に
よるものではなく、他の原因によるものであることがわ
かった。つまり本発明の弾性表面波共振子の製造方法に
より製造した弾性表面波共振子においては弾性表面波の
定在波応力によってはグレーティング反射器の劣化はほ
とんど起こらないということが明らかになった。

事実、本発明による弾性表面波共振子のグレーティング
反射器を顕微鏡でｍ察したところ、第５図に示すように
長時間動作させた後でもストリップ膜にはほとんど劣化
していないことが認められた。但し同図（ａ）は使用前
、同図（ｂ）は２０００時間動作後の状態を示している
。

また第６図は表面波励振レベルを変化させたときの共振
周波数変化率を表わすもので１曲線６１〜６４に示すよ
うに純粋なアルミニウムで反射器を構成したものにおい
ては励振レベルを上げると共振周波数が大きく変化する
のに対し、本発明によると曲線６５に示すように励振レ
ベルの変化に対しても共振周波数はほとんど変化しない
ことがわかる。

特に純粋なアルミニウムの反射器ストリップでは励振レ
ベルが大きいほど劣化が大きく共振周波数の変化が大き
くなるのに対し、本発明では励振レベルが大きくても共
振周波数が変化しないことから１本発明の共振子は励振
レベルが高い状態で使用されるほど、その効果が顕著に
あられれる。

このように純粋なアルミニウムの反射器ストリップの劣
化は励振レベルの大きさによって変化するが、一般に励
振レベルが何ｍＷ以上のときにその劣化が問題になり、
それに対し本発明が有効であるか明確に述べることは難
しい。何故なら本実験例では励振レベルが０．５　ｍＷ
程度以下でアルミニウム反射器ストリップに劣化が観測
されたが、基板材料、共振周波数、電極形状などが変化
すると必ずしもこの励振レベルが対応しなくなる。しか
しながら１反射器ストリップの劣化の原因が表面波応力
によるものであることから、共振子表面の応力の大きさ
が１０５（１０５（Ｎｅ／　ｍ）程度以上のとき反射器
ストリップの劣化が問題となると考えられ、本発明では
このような応力が加わっても反射器ストリップの劣化が
なく有効である。このように不純物を混入したアルミニ
ウム膜において、その劣化が純粋なアルミニウムよりも
少ない理由は正確には解明されていないが、アルミニウ
ムの結晶粒界に不純物が析出し、これが核となってバウ
ンダリーが出来、これが金属疲労による劣化を防いでい
るものと考えられる。

このように本発明によると、長時間の使用においても共
振周波数の変化の少ない弾性表面波共振子を得ることが
できる。

一方本発明による弾性表面波共振子の製造方法によると
さらに次のような新しい有効な効果が得られることがわ
かった。すなわちグレーティング反射器を純粋なアルミ
ニウム膜で構成した弾性表面波共振子では共振抵抗が２
４オームでＱは約１２０００であるのに対し、　アルミ
ニウムに銅４％を混入したものでは共振抵抗１４オーム
でＱは約２００００のものが得られた。　これは多数試
作したサンプルの平均値であり、いずれも約２０％程度
のバラツキはあるが、純粋なアルミニウムでグレーティ
ング反射器を構成した場合に比べて顕著なＱの増大が認
められる。前述のように弾性表面波共振子は発振器やフ
ィルタに適用されるが、Ｑの大きい共振子はど安定な発
振器を構成することができ、またＱの大きい共振子はど
挿入損失の少いフィルタを構成することができるので、
本発明の弾性表面波共振子の製造方法はかかる点からも
極めて有効である。

以上のように本発明によると安定かつ特性の良好なる弾
性表面波共振子を得ることができる。

なお、前記実施例では圧電性基板としてＸカットＬｉＴ
ａＯ３を用いた場合について説明したが、水晶ＬｉＮｂ
０．等の圧電性基板に対しても同様に適用でき有効であ
る。また本発明はグレーティング反射器を有する弾性表
面波共振子すべてに適用でき、前記実施例のパターンに
限定されるものではない。さらにまたアルミニウムに混
入する不純物は銅だけでなく、シリコン、Ｎｉ、Ｃｒ１
Ｍｇ等を一緒に混入することも有効であると思われる。

またこれら不純物の混入したアルミニウム膜を形成する
のに予め不純物を適当な重量混入させたアルミニウム膜
をターゲットにし、スパッタ蒸着を行なえば純粋アルミ
ニウム膜での弾性表面波共振子の製造プロセスと全く同
一の工程で行うことできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は純粋なアルミニウム反射器
ストリップの使用前および長時間動作後の表面の状態を
示す顕微鏡写真、第２図（ａ）および（ｂ）はグレーテ
ィング反射器ストリップの劣化部分および弾性表面波の
定在波の応力分布を示す図、第３図は本発明の弾性表面
波共振子の製造方法の一実施例を示す図、第４図は本発
明の実施例に依る共振子の動作時間に対する共振周波数
の変化を示す図、第５図（ａ）および（ｂ）は本発明に
よる反射器ストリップの顕微鏡写真、第６図は表面波励
振レベルの変化に対する共振周波数の変化を示す図であ
る。 ３１・・・圧電性基板。 ３２・・・インターディジタル電極、 ３３、３５・・・グレーティング反射器。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男 第　　２　　図 第３図 ｏＯ０ 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電性基板上に入力電気信号を弾性表面波に変換
   するための弾性表面波用変換器を形成する工程と、 この弾性表面波用変換器に対向するように、かつ前記圧
   電性基板上に前記弾性表面波を反射するための複数の金
   属ストリップを周期的に配列してなる反射器を形成する
   工程とを備え、前記反射器を形成する工程は、前記反射
   器を構成する金属ストリップを、銅を不純物として含有
   したアルミニウムをターゲットとし、スパッタ蒸着によ
   りアルミニウム膜を形成してなる工程であることを特徴
   とする弾性表面波共振子の製造方法。
2. （２）前記弾性表面波用変換器を形成する工程は、銅を
   不純物として含有したアルミニウムをターゲットとし、
   スパッタ蒸着によりアルミニウム膜を形成してなる工程
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の弾
   性表面波共振子の製造方法。
3. （３）前記弾性表面波用変換器を形成する工程と、前記
   反射器を形成する工程とは、同時に行われることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の弾性表面波共振子の
   製造方法。